污水處理廠自動控制和遠程系統設計
隨著我國科學技術和社會經濟的飛速發展，環境污染問題，尤其是水污染問題已經引起社會各界的高度重視。污水處理廠的籌建和投運已經成為目前我國各大城市市政工程的熱門項目。為確保污水處理工藝和設備能夠長期安全可靠地運行，需要建立一套集管理和控制為一體的智能控制系統。為此，根據實際情況，采用工業控制計算機、PLC可編程序控制器和常規檢測儀表設計了一套運行可靠的城市污水處理廠自動控制系統和遠程診斷、維護系統，該設計本著“簡捷、安全、實用、可靠”的原則，及時掌握和了解污水廠工藝各流程的運行丁況、工藝參數的變化及大小；優化各工藝流程的運行，保證出水水質，降低處理成本，提高運行管理水平，使水廠長期正常穩定地運行，取得最佳效益。自動控制系統是緊密結合工藝，集控制功能、管理功能和數據處理功能于一體的自控系統，實現對廠各種電氣設備、工藝參數、運行工況進行監視、操作控制和管理。
一、污水處理廠自動控制系統設計原則
污水處理廠自動控制系統為了實現被控對象(如電機、電磁周等)的工藝要求，以提高生產效率和出水水質，在設計控制系統時應遵循以下基本原則：
(1)可靠性原則：污水處理關系到一個城市居民的身體健康和居住投資環境，因此設計的可靠性原則為各原則之首。
(2)技術成熟性原則：在設計中，既要考慮滿足設計的需要，又要注重采用成熟、先進、便于日后維護的設備和技術。
(3)技術經濟性原則：注重現在及將來技術發展的需要，選用實用強、兼容性好、性價比高的方案和設備配置。
(4)可擴展性原則：設計時采用開放性好、易于擴展的軟、硬件系統。
二、整體方案設計
污水處理廠的設備量大、信號類型多、控制地點分散，采用以繼電器和各種控制開關為主的就地控制方式，故障率高且控制精度低，很難實現集中監控和統一管理。為了提高生產率，穩定出水質量，全廠自動控制系統采用DCS方式，在中央控制室對整個下況進行監視并發布調試命令，各工序采用獨立原理進行系統配置和運行。自動控制系統采用開放式工業以太網結構，通過中央控制室完成對MCCl、MCC2控制站的遠程控制，對每個控制點提供3種控制方式(現場手動、遠程手動、遠程遙控)，實現各個工藝單元的邏輯控制功能，并實現與MCC4的數據交換和監測功能。在人機界面上采用人性化設計，在現場以及中央控制室均設置相應的運行狀態顯示和分級報警及故障信息顯示。在每個污水處理廠還設立了遠程傳輸站，和污水處理調度中心進行數據無縫實時對接，并可以在中心站對每個現場站進行程序級的診斷。
1、 WINCC組態
中央控制室利用WINCC進行上位機系統組態生成上位機監控系統，對PLC采集到的數據進行數據處理，并實時顯示設備的運行狀態、運行時間，故障報警處理，報表輸出等，實現全廠所有設備的監控。本系統包括監控主界而和多個控制站子界面，主界面包括全廠所有設備及管線，為了反映各設備的運行情況并反映污水流動工藝過程，分別制作了MCCl、MCC2、MCC4子界面，還有報表打印、交接班登錄界面等輔助界而。WINCC標準化的組態界而，人機接口能力強，易于掌握，方便設計、調試和現場運行。中央控制室采用1臺服務器和2臺冗余客戶機，并裝有UPS漏電保護。運行操作人員登錄系統后可以查看全廠設備運行狀態、設備運行時間和累計運行時間、主要水質參數的趨勢圖，并可獲得報警、故障信息，最后生成各種報表。
2、PLC控制系統
根據工藝要求，PLC上電自檢無誤后，根據上位機監控系統的信號來控制全廠設備的啟停、正反轉等動作。PLC完成污水處理廠全部設備如進水泵、粗格柵、皮帶輸送機等的數據采集，簡單運算處理后上傳給上位機監控系統。當電路發生斷路、短路或過載等時，PLC采集的數據就會超過設定的閾值，PLC將控制設備停止，同時給上位機監控系統發送報警信號。全部傳感器均采用在線儀表，變送器將采樣數據轉換成4～20mA標準電流信號，直接傳人SM331、332(模擬量輸入、輸出模塊)，經模數變換成0～27648的數字量。開關量的輸入輸出傳人SM321、322(數字量輸入、輸出模塊)。進水泵房中8臺水泵的啟停控制要求是，超聲波液位計測得的液位超過或等于給定液位時順序開肩可開啟的進水泵。順序的含義為停機時間長者為先，依次類推：可開啟的含義是遙控狀態且無故障的泵，當液位低于液位控制最小液位時關閉所有進水泵。
3、數據通信
本系統通過光纖將中央控制室和3個分控室連接成一個網絡。通過客戶機操作站和CPl613通信卡和光纖鏈路模塊(OLM)相連接，實現了下位機PLC控制單元與上位機WINCC組態軟件之間的數據通信。在工控機上安裝有以太網卡，下位機帶有CP340通信模塊，如果和現場的一些儀表通訊不便于接線，還可以采用無線通訊模塊SY-WT6達到幾公里的無線傳輸。為了使上位工控機與下位機PLC成功實現通信，需首先對CP340初使化，然后利用WINCC中標簽(Tag)歸檔的功能直接將上位工控機中的內存變量與PLC中的位(Bit)、字(Word)或雙字(DWord)連接起來。通過以太網將上位計算機系統和現場監測與控制點緊密地結合成一個局域網整體，加上PLC遠程安全通訊模塊SY-RSCM，構成一個完整的局域網和廣域網的一體化系統，可以很方便地利用PLC系統所特有的功能，實現對整個控制系統的在線遠程診斷功能。
本系統避免了集中型控制系統存在的危險性，當控制室電腦或某一分控站PLC出現故障時，各分控站PLC不會受影響仍執行各自的程序，完成各分控站的控制功能，提高了系統的可靠性；PLC控制器本身可以說是免維護產品，維護查找故障方便快捷。整個污水廠控制系統通過PROFIBUS現場總線進行通訊，由S7—200、300系列的PLC組成網絡，方便與上層治理系統通訊，增加了遠程通訊模塊SY-RSCM，通過ADSL或者3G上網，可以實現現場的PLC系統和遠端的監控中心進行數據傳輸、遠程PLC的程序級診斷和現場視頻傳輸。系統通過PROFIBUS現場總線可方便的增加現場中斷站，通過增加I／O模塊同一終端站也很輕易的進行擴展，具有可塑性強的特點。自控系統的投人運行，提高出水水質、降低能源消耗從而達到降低運行成本的目的。
：鞏經理
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：南京塞姆泵業有限公司
